一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法

本发明涉及无线电能传输，具体涉及一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法。

背景技术：

1、随着国家对于海洋等水下探测、巡检、开发的大力发展，水下自主航行器得到了越来越多的应用。目前，绝大多数水下自主航行器采用打捞回收充电或者水下有接触充电方式，这类传统的充电方式存在一定的安全隐患，且其需要人工维护，难以实现彻底的智能化和无人化。无线充电作为近些年的一项新兴技术，通过磁耦合线圈将供电侧的电能转变为磁能再转变为受电侧电能，避免了供电侧和受电侧的直接接触，相较于传统的插拔充电方法，具有环境污染小，环境适应性强等优点。此外由于此类设备底部呈现不同程度的弧形，且存在一定程度的翻滚旋转。本发明旨在提出一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，采用柔性可曲线圈适应不同的曲面应用环境，并提升负载旋转系统接收功率和效率稳定性。

技术实现思路

1、为克服现有技术的不足，本发明提出一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，采用柔性可曲线圈适应不同的曲面应用环境，并提升负载旋转系统接收功率和效率稳定性。

2、为实现上述目的，首先提出了一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，所设计的双端非对等磁耦合谐振器包括四个基于柔性可曲线圈的四分之一圆周结构发射线圈、发射端可调补偿电容、一个基于柔性可曲线圈的二分之一圆周结构接收线圈、接收端补偿电容、切换控制开关和接收线圈定位装置。

3、进一步地，所述四个基于柔性可曲线圈的四分之一圆周结构发射线圈组成无线能量发射装置，围成圆柱面形状。基于柔性可曲线圈的二分之一圆周结构接收线圈作为无线能量接收装置，围成半个圆柱面形状。四分之一圆周结构发射线圈所在圆柱直径大于二分之一圆周结构接收线圈所在圆柱直径。柔性可曲线圈为曲面螺旋结构，并且可以根据应用环境调整曲面弧度。收发端曲面线圈均由利兹线绕制而成，并且为了适应水下环境，绕制曲面线圈的利兹线采用绝缘防水套管包裹。

4、进一步地，所述接收线圈定位装置可从发射端实现对旋转接收线圈的定位，进而根据接收线圈与发射线圈的相对位置确定发射线圈通电组合情况。当二分之一圆周结构接收线圈处于两个四分之一圆周结构发射线圈中间位置时，通过切换控制开关将相应的两个四分之一圆周结构发射线圈接入高频能量发射电路。当二分之一圆周结构接收线圈不在两个四分之一圆周结构发射线圈中间位置时，通过切换控制开关将收发线圈正对面积大的单个四分之一圆周结构发射线圈接入高频能量发射电路。当接收端发生翻滚旋转时，实时根据检测到的接收端位置进行上述系统控制。

5、进一步地，所述四个四分之一圆周结构发射线圈分别采用切换控制开关连接至可调补偿电路和高频逆变电源，发射端可调补偿电容可以根据发射线圈通电组合情况调整补偿电容大小。当仅有单个四分之一圆周结构发射线圈需通电时，通过切换控制开关将发射端补偿电路中的电容a接入；当存在两个四分之一圆周结构发射线圈需通电时，通过切换控制开关将发射端补偿电路中的电容b接入。电容a和电容b分别根据不同发射线圈通电组合情况计算设计。

6、本发明可以解决无线电能传输系统负载设备外观不同弧度的兼容性问题，并且提升系统在接收端发生翻滚旋转时的接收端稳定性。

技术特征：

1.一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，其特征在于，所设计的双端非对等磁耦合谐振器包括四个基于柔性可曲线圈的四分之一圆周结构发射线圈、发射端可调补偿电容、一个基于柔性可曲线圈的二分之一圆周结构接收线圈、接收端补偿电容、切换控制开关和接收线圈定位装置。

2.根据权利要求1所述的一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，其特征在于，四个基于柔性可曲线圈的四分之一圆周结构发射线圈组成无线能量发射装置，围成圆柱面形状。基于柔性可曲线圈的二分之一圆周结构接收线圈作为无线能量接收装置，围成半个圆柱面形状。四分之一圆周结构发射线圈所在圆柱直径大于二分之一圆周结构接收线圈所在圆柱直径。柔性可曲线圈为曲面螺旋结构，并且可以根据应用环境调整曲面弧度。收发端曲面线圈均由利兹线绕制而成，并且为了适应水下环境，绕制曲面线圈的利兹线采用绝缘防水套管包裹。

3.根据权利要求1所述的一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，其特征在于，接收线圈定位装置可从发射端实现对旋转接收线圈的定位，进而根据接收线圈与发射线圈的相对位置确定发射线圈通电组合情况。当二分之一圆周结构接收线圈处于两个四分之一圆周结构发射线圈中间位置时，通过切换控制开关将相应的两个四分之一圆周结构发射线圈接入高频能量发射电路。当二分之一圆周结构接收线圈不在两个四分之一圆周结构发射线圈中间位置时，通过切换控制开关将收发线圈正对面积大的单个四分之一圆周结构发射线圈接入高频能量发射电路。当接收端发生翻滚旋转时，实时根据检测到的接收端位置进行上述系统控制。

4.根据权利要求1所述的一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，其特征在于，四个四分之一圆周结构发射线圈分别采用切换控制开关连接至可调补偿电路和高频逆变电源，发射端可调补偿电容可以根据发射线圈通电组合情况调整补偿电容大小。当仅有单个四分之一圆周结构发射线圈需通电时，通过切换控制开关将发射端补偿电路中的电容a接入；当存在两个四分之一圆周结构发射线圈需通电时，通过切换控制开关将发射端补偿电路中的电容b接入。电容a和电容b分别根据不同发射线圈通电组合情况计算设计。

技术总结
本发明公开了一种基于柔性可曲线圈的双端非对等磁耦合谐振器设计方法，双端非对等磁耦合谐振器包括四个基于柔性可曲线圈的四分之一圆周结构发射线圈、发射端可调补偿电容、一个基于柔性可曲线圈的二分之一圆周结构接收线圈、接收端补偿电容、切换控制开关和接收线圈定位装置。接收线圈定位装置可从发射端实现对旋转接收线圈的定位，进而根据接收线圈与发射线圈的相对位置确定发射线圈通电组合情况。四个曲面发射线圈分别采用切换控制开关连接至可调补偿电路和高频逆变电源，发射端可调补偿电容可以根据发射线圈通电组合情况调整补偿电容大小。本发明采用柔性可曲线圈适应不同的曲面应用环境，并可提升负载旋转系统接收功率和效率稳定性。

技术研发人员：刘瀚,王赟,印宇涵,张犁
受保护的技术使用者：河海大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14